Desenvolvendo um sistema embarcado de supressão de fogo usando LabVIEW e NI Single-Board RIO para a FedEx Express

Jeremy Snow, Ventura Aerospace

"Nós fomos capazes de prototipar rapidamente o nosso sistema para a FedEx com o LabVIEW e CompactRIO, além de criarmos posteriormente uma solução final implementada com NI Single-Board RIO – tudo isso em menos de um ano."

- Jeremy Snow, Ventura Aerospace

O desafio:

Prototipar e implementar uma solução de controle confiável e com ótimo custo benefício para um sistema de supressão de fogo para a cabine principal do avião cargueiro da FedEx Express, respeitando um calendário de implementação muito agressivo.

A solução:

Desenvolver um sistema de controle de monitoramento e supressão de fogo para a FedEx Express usando o software NI LabVIEW hardware NI Single-Board RIO, de modo a prevenir incêndios catastróficos dentro de aviões cargueiros e manter os pilotos, encomendas e aviões salvos de incêndios que podem começar nos contêineres que estão sendo transportados.

Autor(es):

Jeremy Snow - Ventura Aerospace
Troy Ingram - Ventura Aerospace

 

Os dispositivos NI Single-Board RIO agem como o sistema de controle primário na aplicação de supressão de fogo que nós da Ventura Aerospace criamos para a FedEx Express. Dentro de cada avião, nós temos dois dispositivos que usam o NI Single-Board RIO: a unidade de controle de fogo e o hub de controle de fogo.

 

Arquitetura do sistema de supressão de fogo

O hub de controle de fogo é o centro do sistema. Ele contém um dispositivo NI Single-Board RIO, uma fonte de alimentação, uma daughterboard de condicionamento de sinal que nós construímos e um switch Ethernet. O hub de controle de fogo é responsável por checar travas de segurança, distribuição de energia e comunicação.

 

 

A unidade de controle de fogo contém um dispositivo NI Single-Board RIO e a nossa própria daughterboard. Ele lê temperaturas de 16 sensores infravermelho, processa os dados e os salva. Dentro de um avião de carga há um conjunto de contêineres de carga. Por exemplo, em um avião MD-11, há 14 linhas de contêineres e cada uma delas possui a sua própria unidade de controle de fogo. Assim, com o hub de controle de fogo e as 14 unidades de controle de fogo, nós usamos um total de 15 dispositivos NI Single-Board RIO para o MD-11.

 

Os dispositivos das unidades de controle de fogo e do hub de controle de fogo são projetados para serem independentes da aeronave e da localização. Nós os construímos a partir do zero para funcionar em qualquer tipo de aeronave. Com o  LabVIEW,nós programamos a inteligência da unidade e do hub de controle de fogo para serem capazes de identificarem o tipo de aeronave e a posição baseado na instalação. Isso permite maior permutabilidade e a habilidade de funcionar em qualquer avião.

 

Esse sistema funciona com autonomia completa e não precisa de qualquer entrada de operador, cada unidade monitora continuamente a sua própria saúde. Além disso, o sistema é tolerante a falhas - ele continua a funcionar no melhor de sua capacidade se ocorrer fogo ou falha. O sistema também envia uma notificação e a localização da falha depois de todos os vôos. Tudo isso é possível por conta da confiabilidade do processador real-time, do arranjo de portas programável em campo (FPGA), das E/S presentes nos produtos (RIO – reconfigurable I/O) da NI e da flexibilidade do LabVIEW. O nosso sistema monitora a temperatura e controla o sistema de supressão que implanta espuma em um contêiner se um incêndio for detectado.

 

Prototipagem rápida com CompactRIO e LabVIEW

Lançar no mercado uma solução confiável rapidamente era realmente importante para nós. Usando a curva de implementação da plataforma RIO, nós pudemos prototipar rapidamente o nosso sistema para a FedEx com o LabVIEW e CompactRIO, além de criarmos uma solução final implementada com NI Single-Board RIO – tudo isso em menos de um ano. Por conta da flexibilidade do sistema embarcado CompactRIO, nós pudemos desenvolver rapidamente um protótipo funcional para o nosso sistema de supressão usando as ferramentas gráficas do LabVIEW, junto com o CompactRIO e os módulos analógicos e digitais da série C da NI. Apesar de esta ter sido a nossa primeira experiência com CompactRIO e o módulo LabVIEW FPGA, devido à rápida curva de aprendizagem do LabVIEW FPGA, nós fomos capazes de completar um protótipo funcional em três meses.

 

 

Implementação rápida com NI Single-Board RIO

Por conta do pequeno tamanho e baixo custo do NI Single-Board RIO, nós decidimos implementar a solução final com um dispositivo NI sbRIO-9612. O sbRIO-9612 contém um processador real-time onboard, um FPGA reconfigurável, e E/S analógicas e digitais. Nós implementamos os nossos algoritmos de controle, juntamente com as tarefas de rede e data logging da aplicação, no processador real-time. As entradas analógicas onboard do sbRIO-9612 estão conectadas aos sensores infravermelho por meio de um condicionamento de sinal customizado.

 

A transição do protótipo para a implementação foi direta devido à arquitetura de hardware comum compartilhada entre o CompactRIO e o NI Single-Board RIO. Criar a nossa solução final implementada foi simples porque nós fomos capazes de reutilizar o nosso código do LabVIEW usado no protótipo sem qualquer grande alteração. O fato de que a NI fornece hardware e software para rapidamente prototipar e implementar sistemas embarcados foi crucial para nós. Nós temos certeza de que não atingiríamos os nossos prazos agressivos sem as ferramentas da NI.

 

A vantagem de uma solução da National Instruments

Além das vantagens técnicas de usar hardware e software da NI, nós recebemos vendas e suporte técnico inestimáveis – incluindo suporte direto de engenharia de Austin (Texas), além do suporte técnico local de vendas e engenharia da NI durante todo o nosso processo de desenvolvimento. Esse suporte e parceria da NI excedeu as nossas expectativas.

 

Informações sobre o autor:

Jeremy Snow
Ventura Aerospace
jeremy@venturaaerospace.com

The Fire Control Hub is the center of the system. It contains an NI Single-Board RIO device, a power supply, a signal conditioning daughterboard, and an Ethernet switch.
System Architecture consists of the Fire Control Hub and several Fire Control Units, each with its own NI Single-Board RIO.
Because of the small size and low cost of NI Single-Board RIO, we decided to deploy with an NI sbRIO-9612 device for the final solution.
The Fire Control Unit contains an NI Single-Board RIO device and our own daughterboard.